Efecto de la contaminación sobre la incidencia de rayos durante la pandemia de COVID-19

La correlación entre la contaminación de aerosoles antropogénicos y la actividad de rayos se conoce desde hace tiempo, aunque todavía no se ha identificado el mecanismo que las conecta. Los confinamientos decretados para contener la pandemia de COVID-19 fueron una ocasión sin precedentes para profundizar en esta relación.

Los estudios previos al 2020 sobre el efecto de la contaminación en la incidencia de rayos muestran una correlación positiva de los aerosoles antropogénicos con una mayor actividad de rayos en el área1–5. La relación entre ambos factores es compleja, no lineal, y depende de la concentración y del tipo de aerosoles6. Por un lado, los aerosoles pueden actuar como núcleos de condensación de nubes7, contribuyendo en la formación de gotas, la electrificación de la nube y la generación de rayos8. Sin embargo, las altas concentraciones de estos aerosoles podrían desembocar en una reducción de eventos de rayo debido a efectos radiativos9,10. Además, la incidencia de rayos depende de la meteorología, lo que distorsiona el efecto asociado a los aerosoles11.

A raíz de la propagación de infecciones por el coronavirus SARS-CoV-2, causante de la enfermedad respiratoria COVID-19, la OMS (Organización Mundial de la Salud) reconoció este brote como pandemia en marzo de 2020. Múltiples países decretaron confinamientos con el fin de asegurar el distanciamiento social.

Como consecuencia directa de las restricciones de movilidad y de la paralización de la actividad económica no esencial se produjo una disminución de las emisiones de contaminantes del aire, entre ellos las partículas PM2.5 (partículas de diámetro igual o menor de 2.5 micrómetros) y PM10 (partículas de diámetro entre 10 y 2.5 micrómetros)11–16. Esta oportunidad única permitió analizar en detalle la relación entre aerosoles e incidencia de rayos en Italia11 y en Brasil12. En este artículo comentaremos brevemente ambas publicaciones.

Actividad de rayos sobre São Paulo y Belo Horizonte (Brasil)

El 19 de marzo de 2020 comenzaron los confinamientos en varias ciudades grandes de Brasil, como São Paulo y Belo Horizonte. Por ello, Pinto Neto et al.12 eligieron un período de análisis desde el 20 de marzo al 2 de abril de 2020, que se comparó con datos obtenidos de 2015 a 2020.

Los autores del trabajo encontraron una reducción considerable de la contaminación en 2020 con respecto a años anteriores. En São Paulo, el porcentaje de rayos nube-tierra fue de un 4%, que es significativamente más bajo que los valores de otros años. También fue inferior la corriente media de pico para los rayos negativos nube-tierra con respecto a 2018, 2016 y 2015. En cambio, en la ciudad de Belo Horizonte, el porcentaje de rayos nube-tierra positivos es significativamente superior a los valores de años anteriores. En cualquier caso, todos estos aspectos detectados muestran una fuerte influencia de la disminución de contaminación en las características de los rayos. Además, esta influencia podría ser distinta en cada ciudad según las diferencias en la concentración de contaminantes.

Los resultados de variación en el porcentaje de rayos nube-tierra y nube-tierra positivos de Pinto Neto et al.12 concuerdan con los reportados por Liu et al.17. En este estudio se compararon regiones oceánicas contaminadas y no contaminadas del sur del mar de la China. Puesto que no hay un contraste termodinámico diferente en regiones oceánicas adyacentes, los rayos producidos en el océano pueden servir de indicador de los efectos de los aerosoles. Este trabajo encontró un aumento de la densidad media de rayos (de 3.7 veces), densidad de rayos intra-nube (de 5 veces), densidad de rayos nube-tierra (de 2.5 veces), densidad de rayos positivos tanto intra-nube (de 6.0 veces) como nube-tierra (de 14.7 veces) para la región contaminada en comparación con la no contaminada17.

Por tanto, los resultados del estudio de Pinto Neto et al.12 durante el confinamiento en Brasil apoyan los datos de trabajos previos en los que se considera que la incidencia de rayos está relacionada de forma no lineal con la concentración y tipo de contaminación.

Influencia del confinamiento en la incidencia de rayos del valle del Po

El valle del Po es una región del norte de Italia altamente industrializada y que tiene gran actividad de rayos por ciertas características meteorológicas (proximidad de las montañas, flujo de humedad proveniente del mar Adriático, convergencia de masas de aire frías y cálidas). Además, en este valle las condiciones de ventilación son escasas y, junto con la baja temperatura, promueven la permanencia de los aerosoles por largos períodos de tiempo11.

El confinamiento decretado en Italia por la pandemia de COVID-19 se extendió del 9 de marzo al 18 de mayo de 2020, aunque después hubo un largo período de desescalada de las medidas. Como resultado se produjo una reducción drástica en la actividad industrial, el tráfico y el transporte ferroviario que provocó una disminución en la concentración de PM2.5 y otros contaminantes11.

Este período de confinamiento y desescalada coincidió con un descenso de la actividad de rayos del 70%, así como con una bajada del 15% en la concentración de PM2.5 de los días de tormenta, cuando se compara con la media climatológica del valle de 2017-2020.

Los autores tuvieron en cuenta los cambios meteorológicos que también influyen en la concentración de aerosoles, pero son independientes del confinamiento. Por ello, utilizan tres parametrizaciones de los rayos basadas en la meteorología para poder estimar el efecto de la reducción de la concentración de PM2.5 en la actividad de rayos. Los cálculos mostraron que aproximadamente un 64% de la disminución de rayos podía atribuirse a la meteorología, mientras que en torno al 36% procedía de la reducción en la emisión de aerosoles11.

Tanto el estudio de Brasil como el de Italia respaldan la teoría de que los aerosoles antropogénicos impactan en la actividad de rayos. Los resultados de estos trabajos son muy interesantes para aplicarlos en la optimización de la predicción de rayos según los modelos climáticos globales12 y de la predicción de incendios forestales causados por los rayos11,18.

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Referencias

  1. Naccarato, K. P., Pinto Jr., O. & Pinto, I. R. C. A. Evidence of thermal and aerosol effects on the cloud-to-ground lightning density and polarity over large urban areas of Southeastern Brazil. Geophys. Res. Lett. 30, 1674 (2003).
  2. Mushtaq, F., Nee Lala, M. G. & Anand, A. Spatio-temporal variability of lightning activity over J&K region and its relationship with topography, vegetation cover, and absorbing aerosol index (AAI). Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics vol. 179 (Elsevier Ltd, 2018).
  3. Bell, T. L. et al. Midweek increase in U.S. summer rain and storm heights suggests air pollution invigorates rainstorms. J. Geophys. Res. 113, (2008).
  4. Williams, E. & Stanfill, S. The physical origin of the land–ocean contrast in lightning activity. Comptes Rendus Phys. 3, 1277–1292 (2002).
  5. Orville, R. E. et al. Enhancement of cloud-to-ground lightning over Houston, Texas. Geophys. Res. Lett. 28, 2597–2600 (2001).
  6. Farias, W. R. G., Pinto, O., Naccarato, K. P. & Pinto, I. R. C. A. Anomalous lightning activity over the Metropolitan Region of São Paulo due to urban effects. Atmos. Res. 91, 485–490 (2009).
  7. Tao, W.-K., Chen, J.-P., Li, Z., Wang, C. & Zhang, C. Impact of aerosols on convective clouds and precipitation. Rev. Geophys. 50, RG2001 (2012).
  8. Mansell, E. R. & Ziegler, C. L. Aerosol Effects on Simulated Storm Electrification and Precipitation in a Two-Moment Bulk Microphysics Model. J. Atmos. Sci. 70, 2032–2050 (2013).
  9. Tan, Y. B., Peng, L., Shi, Z. & Chen, H. R. Lightning flash density in relation to aerosol over Nanjing (China). Atmos. Res. 174175, 1–8 (2016).
  10. Shi, Z., Wang, H., Tan, Y., Li, L. & Li, C. Influence of aerosols on lightning activities in central eastern parts of China. Atmos. Sci. Lett. 21, (2020).
  11. Pérez-Invernón, F. J., Huntrieser, H., Gordillo-Vázquez, F. J. & Soler, S. Influence of the COVID-19 lockdown on lightning activity in the Po Valley. Atmos. Res. 263, (2021).
  12. Pinto Neto, O., Pinto, I. R. C. A. & Pinto, O. Lightning during the COVID-19 pandemic in Brazil. J. Atmos. Solar-Terrestrial Phys. 211, 105463 (2020).
  13. Cameletti, M. The Effect of Corona Virus Lockdown on Air Pollution: Evidence from the City of Brescia in Lombardia Region (Italy). Atmos. Environ. 239, 117794 (2020).
  14. Lolli, S., Chen, Y.-C., Wang, S.-H. & Vivone, G. Impact of meteorological conditions and air pollution on COVID-19 pandemic transmission in Italy. Sci. Rep. 10, (2020).
  15. Zoran, M. A., Savastru, R. S., Savastru, D. M. & Tautan, M. N. Assessing the relationship between surface levels of PM2.5 and PM10 particulate matter impact on COVID-19 in Milan, Italy. Sci. Total Environ. 738, (2020).
  16. Jones, C. D. et al. The Climate Response to Emissions Reductions Due to COVID-19: Initial Results From CovidMIP. Geophys. Res. Lett. 48, (2021).
  17. Liu, Y. et al. Aerosol Effects on Lightning Characteristics: A Comparison of Polluted and Clean Regimes. Geophys. Res. Lett. 47, e2019GL086825 (2020).
  18. Pérez-Invernón, F. J. et al. Lightning-ignited wildfires and long-continuing-current lightning in the Mediterranean Basin: Preferential meteorological conditions. Atmos. Chem. Phys. (2021) doi:10.5194/acp-2021-125.